引力波探測星組

空間引力波探測已被列入中國科學院制訂的空間2050年規劃。該項目由中國科學院在2008年發起，由中科院多個研究所及院外高校科研單位共同參與，成立了中國科學院空間引力波探測論證組，以規劃我國空間引力波探測在未來數十年內的發展路線圖。經過幾年的努力，目前已形成了一支以中國科學院科研人員為主，胡文瑞院士、吳岳良院士為首席科學家的“空間太極計畫”工作組。

基本介紹

• 中文名：：引力波探測星組

概況

引力波中國科學院公布了空間引力波探測與研究的“空間太極計畫”。該計畫的構想之一是在2030年前後，發射三顆衛星組成的引力波探測星組，用雷射干涉方法進行中低頻波段引力波的直接觀測，目標是觀測雙黑洞併合和極大質量比天體併合時產生的引力波輻射，以及其它的宇宙引力波輻射過程。中國科學院公布了空間引力波探測與研究的“空間太極計畫”。該計畫的構想之一是在2030年前後，發射三顆衛星組成的引力波探測星組，用雷射干涉方法進行中低頻波段引力波的直接觀測，目標是觀測雙黑洞併合和極大質量比天體併合時產生的引力波輻射，以及其它的宇宙引力波輻射過程。

引力波

波頻解讀

引力波的頻率很寬，就好像交響樂中分低音、中音、中高音和高音。針對不同頻率，科學家採取了不同的探測手段，科學目標也不盡相同。

低音

【探測目標】原初引力波
【引力波頻率】最低
【解讀】它的波長跟整個宇宙的尺度差不多大，所以只能通過對宇宙大爆炸後遺留的光子場信號，即宇宙微波背景輻射，來尋找它。
2014年3月，美國哈佛史密森天體物理中心宣稱在南極觀測到了原初引力波，但隨後又發現出錯了。
要從雜亂無章的各種引力波中辨認出帶有宇宙大爆炸初期引力波留下的獨特標記，的確太困難，需要不斷發展靈敏度更高的實驗來找尋。
【探測計畫】南極BICEP2、西藏阿里觀測項目。

中音

【探測目標】超大質量黑洞併合時發出的引力波
【引力波頻率】在百萬分之一到億分之一赫茲
【解讀】這種事件往往發生在星系與星系相撞的後期，星系中心數百萬到數億太陽質量的巨大黑洞在最後階段的撞擊併合發出浩瀚的引力波信號，可是人類能建造的探測器太小了，哪怕把整個太陽系都當成探測器都無法測量。於是科學家想出一個絕妙的方法:利用校準後的毫秒脈衝星。這種自然界天然的時鐘精度可以達到原子鐘的級別，若干這樣精確校準的毫秒脈衝星在宇宙中排成校準源的一個龐大陣列，天文學家利用地面上的大型地面射電望遠鏡作為探測器監視著宇宙中可能經過的時空漣漪。
【探測計畫】FAST、SKA等。

中高音

【探測目標】質量更小一些相互距離更近一些的大質量黑洞(幾萬到幾百萬太陽質量)併合過程的後期、中子星碰撞、超新星爆炸、銀河系內的白矮雙星系統等。
【引力波頻率】十萬分之一到一赫茲
【解讀】這類引力波信號探測的手段也是蠻拼的:發射數顆衛星，在太空形成陣列。著名的LISA(光學干涉空間陣列)作為歐洲空間局批准的大型空間實驗衛星項目，將為實現這個目標再努力約20年，計畫2035年左右開始收集數據。其首顆技術驗證星LISAP“ιhfi″d“去“年年底剛剛由歐洲空間局送上太空。
【探測計畫】LISA、太極、天琴等。

高音

【探測目標】中子星、恆星級黑洞等緻密天體組成的雙星系統
【引力波頻率】幾十到幾千赫茲
【解讀】這就是人類第一次直接探測到的引力波信號，探測手段是地面數公里的雷射干涉裝置。
【探測計畫】LIGO、VIRGO、GEO600、K“GRA、LIGOBI″di“等。

關鍵技術

空間引力波探測和研究需要許多先進技術。在空間雷射干涉儀方面需要穩頻和鎖相的大功率雷射器和雷射干涉系統;需要用無拖曵技術控制的高精度光學平台;需要測量超低重力水平的慣性感測器;需要控制各種噪聲以分辨出引力波引起的微小距離(10-12米)　的變化;以及需要與實驗設備一體化的衛星研製。這些正是引力波國際探測計畫要研究解決的關鍵技術。